[发明专利]一种固态储氢罐用储氢床体元件

说明书

本发明提供了一种固态储氢罐用储氢床体元件，包括储氢合金、凝胶材料和导热材料，凝胶材料为双液加成型硅凝胶，双液加成型硅凝胶包括硅凝胶A液和硅凝胶B液，先按比例将硅凝胶A液和导热材料混合均匀得到改性硅凝胶，再将储氢合金与改性硅凝胶混合均匀，然后加入硅凝胶B液混合均匀使其固化得到颗粒状混合物，最后通过模具对固化后的颗粒状混合物进行压制得到成块的储氢床体元件。本发明有效提高了储氢床体的导热性能，在使用过程中可以保持块状，能有效改善储氢合金的粉化，避免粉末堆积造成的应力集中及有效导热的下降，对储氢合金的吸氢膨胀有一定的改善，提高固态储氢罐的使用寿命和使用安全性。

技术领域

本发明属于储氢技术领域，尤其涉及一种固态储氢罐用储氢床体元件。

背景技术

氢能作为清洁高效的二次能源得到了人们的广泛关注，氢能系统包括制氢、储氢和氢能应用，储氢作为其中的关键环节，仍是氢能技术和产业发展的瓶颈。目前，已实用化的储氢方式主要有三种：高压气态储氢、低温液氢储氢以及基于储氢材料的固态储氢。固体储氢技术是利用氢气与储氢材料通过物理或化学的作用实现氢气的高密度储存，具有储氢密度高、储氢压力低、安全性好等特点，是一种重要的储氢发展方向。

目前固态储氢技术还存在以下技术难题：

(1)储氢床体的快速传热要求。储氢材料以适当形式填充于储氢罐中，构成了储氢床体。储氢材料自身具有很快的吸/放氢速度，一般可在3-5分钟内完成吸放氢，但是，储氢材料在吸/放氢过程中伴随着热效应的产生，吸氢时会放出热量，放氢时又需要从外部获得热量，将对储氢床体的吸放氢动力学性能产生重要影响。吸氢时，若储氢材料放出的热量不能及时散出，储氢床体内部温度上升，储氢材料的吸氢平衡压将随之升高，致使吸氢速率下降直至停止吸氢；相反，储氢材料放氢时若不能及时供给所需热量，储氢床体内部温度下降，储氢材料的放氢平衡压将随之降低，放氢速率减慢直至停止放氢。储氢材料粉末的热导率低于块状合金，储氢材料吸氢后形成的金属氢化物导热率低于储氢材料同时储氢材料在吸放氢循环过程中晶格的反复膨胀和收缩将导致进一步粉化，材料吸氢后形成金属氢化物，都将进一步降低其导热性能。因此，储氢床体的传热特性将是影响储氢罐性能的主要因素，如何设计储氢床体，调控其传热特性，满足储氢床体的快速传热要求，是固态储氢罐需要解决的主要技术问题。

(2)减小储氢材料对固态储氢罐罐体产生的应力集中。储氢合金在吸放氢过程中会产生体积的膨胀和收缩，这是因为吸氢时，氢原子进入到合金晶格间隙中，引起晶格的膨胀，而当放氢时，氢原子从合金晶格间隙中脱出，晶格将收缩。在反复多次的吸放氢循环中，合金将反复产生合金晶格的膨胀与收缩，合金疲劳将引起合金粉末的进一步粉化。储氢合金的体积膨胀会对储氢罐体产生应力，应力过大将会导致储氢容器的变形损坏。此外，储氢床体填充的不均匀及合金粉末在罐体内部的迁移，都将导致储氢材料的局部性集聚，从而产生局部应力集中。因此，如何降低床体内的储氢材料的膨胀特性和保证其在容器内部的均匀分布，是保证固态储氢罐安全使用，延长其使用寿命的关键。

为解决上述问题，研究人员作出了大量研究工作：